近日，中國農業科學院植物保護研究所糧食作物真菌病害流行與防控創新團隊在國際知名微生物學期刊《Microbiology Spectrum》在線發表了題為“Folding features and dynamics of 3D genome architecture in plant fungal pathogens”的研究論文。本研究揭示了微生物基因表達調控的獨特機理，從而為進一步探索病原菌與寄主互作中的表觀組學機理奠定基礎。
基因組的三維結構與動態變化是真核生物執行基因組功能的重要基礎，但是三維基因組的結構與功能在植物病原真菌中尚不清楚。該研究重點以小麥條銹菌為例，系統比較了植物病原真菌的3D基因組折疊與動態變化特征。小麥條銹菌條中34（CYR34）為國內小麥條銹病流行生理小種，本研究組裝并注釋了CYR34染色體水平的參考基因組。利用染色體級別的基因組及Hi-C數據，構建了包含小麥條銹菌在內的15種植物病原真菌三維基因組模型。在三維構象中，各染色體的中心粒區域和端粒序列聚集成簇，并排列在細胞核表面，呈現出與高等真核生物相似的Rabl構象結構。但與高等動植物三維基因組結構不同之處在于，植物病原真菌染色體沒有形成典型的染色體區域（chromosome territory），且真菌的染色質結構為fractal model 與 equilibrium model的組合。通過比較小麥條銹菌夏孢子與萌發芽管的Hi-C數據，發現三維基因組結構變化對基因表達的調控影響很有限。植物病原真菌不同物種間基因組共線性高的區域并不含有保守的3D基因組結構。研究還發現，高等真核生物中普遍存在的區室結構（compartment）在植物病原真菌中并不存在。利用已建立的有性群體及QTL重新對小麥條銹菌無毒基因進行了定位，發現無毒基因簇 AvYr44-AvYr7-AvYr43-AvYrExp2 位于Chr7染色體的末端，距端粒序列僅10Kb，表明端粒易變區有利于小麥條銹菌毒性變異。
總之，該研究不僅表明與高等真核生物相比植物病原真菌中具有獨特的三維基因組結構，而且暗示植物病原真菌中可能存在獨立于三維基因組結構變化的獨特的基因表達調控機制。
中國農業科學院植物保護研究所為論文第一完成單位，在站博士后夏崇靖副研究員、黃亮博士為本文共同第一作者，陳萬權研究員與劉太國研究員為共同通訊作者。西南科技大學碩士生黃杰、中國農業科學院植物保護研究所張昊副研究員、巴黎薩克雷大學黃瑩博士與Moussa Benhamed教授、華盛頓州立大學Meinan Wang與Xianming Chen教授、四川農業大學張敏教授也參與了本研究。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、植物病蟲害生物學國家重點實驗室開放課題等項目的資助。
原文鏈接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/spectrum.02608-22
日期：2022-10-24
基因組的三維結構與動態變化是真核生物執行基因組功能的重要基礎，但是三維基因組的結構與功能在植物病原真菌中尚不清楚。該研究重點以小麥條銹菌為例，系統比較了植物病原真菌的3D基因組折疊與動態變化特征。小麥條銹菌條中34（CYR34）為國內小麥條銹病流行生理小種，本研究組裝并注釋了CYR34染色體水平的參考基因組。利用染色體級別的基因組及Hi-C數據，構建了包含小麥條銹菌在內的15種植物病原真菌三維基因組模型。在三維構象中，各染色體的中心粒區域和端粒序列聚集成簇，并排列在細胞核表面，呈現出與高等真核生物相似的Rabl構象結構。但與高等動植物三維基因組結構不同之處在于，植物病原真菌染色體沒有形成典型的染色體區域（chromosome territory），且真菌的染色質結構為fractal model 與 equilibrium model的組合。通過比較小麥條銹菌夏孢子與萌發芽管的Hi-C數據，發現三維基因組結構變化對基因表達的調控影響很有限。植物病原真菌不同物種間基因組共線性高的區域并不含有保守的3D基因組結構。研究還發現，高等真核生物中普遍存在的區室結構（compartment）在植物病原真菌中并不存在。利用已建立的有性群體及QTL重新對小麥條銹菌無毒基因進行了定位，發現無毒基因簇 AvYr44-AvYr7-AvYr43-AvYrExp2 位于Chr7染色體的末端，距端粒序列僅10Kb，表明端粒易變區有利于小麥條銹菌毒性變異。
總之，該研究不僅表明與高等真核生物相比植物病原真菌中具有獨特的三維基因組結構，而且暗示植物病原真菌中可能存在獨立于三維基因組結構變化的獨特的基因表達調控機制。
中國農業科學院植物保護研究所為論文第一完成單位，在站博士后夏崇靖副研究員、黃亮博士為本文共同第一作者，陳萬權研究員與劉太國研究員為共同通訊作者。西南科技大學碩士生黃杰、中國農業科學院植物保護研究所張昊副研究員、巴黎薩克雷大學黃瑩博士與Moussa Benhamed教授、華盛頓州立大學Meinan Wang與Xianming Chen教授、四川農業大學張敏教授也參與了本研究。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、植物病蟲害生物學國家重點實驗室開放課題等項目的資助。
原文鏈接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/spectrum.02608-22
日期：2022-10-24
